环境生态学导论结课论文

湖南大学环境生态学导论 湖南大学 环境生态学导论结课论文 题 目：保护臭氧层，人人可参与 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 成 绩： 时 间： 指导老师： 湖南大学环境生态学导论

1 目录 摘要--------------------------------------------2

关键词------------------------------------------2 正文部分： 第一节：臭氧层的介绍----------------------------3

第二节：臭氧层的破坏----------------------------3 2.1、臭氧层破坏的原因-------------------3 2.2、臭氧层破坏的机理-------------------4 2.3、臭氧层破坏的影响-------------------7 2.4、臭氧层破坏的现状-------------------8

第三节：臭氧层的保护----------------------------9 3.1、各国在行动-------------------------9 3.2、人人可参与-------------------------10

参考文献----------------------------------------11 湖南大学环境生态学导论

2 摘要：本文通过上网查资料，图书馆阅读大量文献等方法，阐述了近些年臭氧层近些年的变化及臭氧层空洞的形成机理与扩大原理，论证了臭氧层破坏对地球的负面影响巨大，并且在研究中发现臭氧层空洞的根源在于使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用，呼吁人类应该逐渐停止使用氟利昂。 臭氧层损耗是当前又一个人们普遍关注的全球性大气环境问题，因为它同样直接关系到生物圈的安危与人类的生存，需要全世界共同采取行动。

关键词：臭氧 破坏原因 破坏机理 破坏影响 现状 保护措施 湖南大学环境生态学导论

3 第一节．臭氧层的介绍 臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外线照射之后又分为氧气分子和氧原子，形成一个继续的过程臭氧氧气循环，如此产生臭氧层。自然界中的臭氧层大多分布在离地20—50千米的高空。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造。此外，雷电作用也产生臭氧，分布于地球的表面。正因为如此，雷雨过后，人们感到空气的清爽，人们也愿意到郊外的森林、山间、海岸去吮吸大自然清新的空气，享受自然美景的同时，让身心来一次爽爽快快的“洗浴”，这就是臭氧的功效，所以有人说，臭氧是一种干净清爽的气体。臭氧有极强的氧化性，少量的臭氧会使人感到精神振奋；但过强的氧化性也使其具有杀伤作用。一些过敏体质的人，长时间暴露在臭氧含量超过180微克/立方米的环境，会出现皮肤刺痒、呼吸不畅、咳嗽及鼻炎等症状。 地球上的一切生物离开太阳光就没有生命。太阳光是由可见光、紫外线、红外线三部分组成。进入大气层的太阳光（包括紫外线）有55%可穿过大气层照射到大地与海洋，其中40%为可见光，它是绿色植物光合作用的动力；5%是波长100～400纳米的紫外线，而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线，长波紫外线能够杀菌。但是波长为200～315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。当它穿过平流层时，绝大部分被臭氧层吸收。因此，臭氧层就成为地球一道天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。然而，近10多年来，地球上的臭氧层正在遭到破坏。

第二节．臭氧层的破坏 2.1、臭氧层的破坏原因 对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认为，人类过多地使用氯氟烃类化学物质（用CFCs表示）是破坏臭氧层的主要原因。氯氟烃是一种人造化学物质，1930年由美国的杜邦公司投入生产。在第二次世界大战后，尤其是进入60年以后，开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂、化工溶剂等。另外，哈龙类物质（用于灭火器）、氮氧化物也会造成臭氧层的损耗。 氟利昂作为氯氟烃物质中的一类，是一种化学性质非常稳定，且极难被分解、不可燃、湖南大学环境生态学导论 4 无毒的物质，被广泛应用于现代生活的各个领域。清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂。氟利昂在使用中被排放到大气后，其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年。由于氟利昂不能在对流层中自然消除，只能缓慢地从对流层流向平流层，在那里被强烈的紫外线照射后分解。分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层。研宪表明，臭氧层被破坏后，紫外线会通过大气层长驱直入。强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力，会使白内障和皮肤癌患者增加。如果臭氧层的总量减少1％的话，UV-B就将增加2％，其结果是使皮肤癌发病率提高2－4％。此外，紫外线的增强还会影响农作物的生长，并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统。据统计，目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨，迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨，大部分仍停留在对流层中，只有10％左右到达了平流层。

2.2臭氧层破坏的机理 一、臭氧层的形成 在平流层中，一部分氧气分子可以吸收小于240μm波长的太阳光中的紫外线，并分解形成氧原子。这些氧原子与氧分子相结合生成臭氧，生成的臭氧可以吸收太阳光而被分解掉，也可与氧原子相结合，再度变成氧分子。其过程可用下面的化学反应方程式来表示： O2+Hυ → 2O

O2+O+M+O3 → M O3+hυ → J[10]O2+O O3+O → 2O2 M为反应第三体，它们是氮气和氧气分子，其作用是与生成的臭氧相碰撞，接受过剩的能量以使臭氧稳定。臭氧的浓度取决于上述纯氧反应理论生成反应和消除反应的平衡状态，它可以大体上重现出臭氧浓度的高度分布。但是从定量角度看，这一理论得出的平流层臭氧浓度 是实际臭氧浓度的2倍左右。 纯氧理论出现的问题，主要是没有考虑到大气中的微量成份的催化作用，通过链式反应消除臭氧。其链式反应方程式如下： X+O3→XO+O2 XO+O→X+O2

合计 O+O2→2O2

其中X为H，OH，NO，Cl。 如果考虑了上述大气中微量成分消除臭氧的反应，再考虑大气运动效果，则大体上可以再现实际的臭氧高度分布。 在平流层中，臭氧的生成和消亡处于动态平衡，正常情况下维持 一定的浓度，此种动态平衡亦可用下图表示。

湖南大学环境生态学导论 5 二、气相反应引起的臭氧层破坏 人类生产和使用大量CFCs，因其化学稳定性好、在对流层下易被分解而进入平流层。到达平流层的CFCs受到短波紫外线UV—C的照射，分解为Cl•自由基，参与对臭氧的消耗，见下图。

Cl•自由基消耗臭氧的连锁循环过程如下： CFxCly → CFxCly-1+Cl Cl+O3 → ClO+O2 O2 → 2O ClO+O → Cl+O2

Cl•自由基与O3反应的速度比NO与O3的反应快6倍。反应过程中释放的氯可以在平

流层中存在好几年，因此一个Cl•自由基能够消耗10万个O3就不足为怪了。 一般情况下CFCs放出一个氯离子，但是剩下的基团可以通过与氧气等的后续反应，使CFCs中的全部氯都以破坏臭氧层的活动形态放出。 与此类似，臭氧的消耗应反还可以通过溴原子来进行，这些溴原子是从卤代烷灭火剂即哈龙中释放出来的。虽然哈龙对臭氧的破坏能力比CFCs要高，但由于大气中哈龙的浓度要远低于CFCs，整体而言，哈龙对臭氧的破坏要比CFCs小。在我国使用哈龙1211和哈龙1301的数量很大，就其破坏臭氧层的能力而言是CFCs的1/3，其破坏作用不可忽视。 仅仅根据气相反应理论，臭氧减少的最明显的高度应在40km附近。但是实际上臭氧减少趋势最大的高度是20km附近。而20km附近正是臭氧浓度最高的区域，这一事实进一步说明了臭氧层破坏的严重性。这种气相反应经典理论，与实际臭氧层破坏状况不一致的原因现已找到。这是由于破坏臭氧的反应通常是在颗粒状气溶胶表面进行，即非均相反应所造成的。正是非均相反应极大地破坏臭氧层才造成南极“臭氧空洞”。 湖南大学环境生态学导论 6 非均相反应 一、南极臭氧空洞形成原理 自从发现在南极上空存在臭氧空洞以后，为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因，美国宇航局(NASA)牵头组织了数十个科学家于1986年和1987年的9～11月，两次赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空洞形成的机理。在第二次探险中获得了有效的探测结果，由此推理出臭氧空洞形成的机理。 人类所排放的CFCs主要在北半球，其中欧洲、俄罗斯、日本和北美洲约占总排放量的90%。这种不溶于水和不活泼的CFCs，在头1～2年内在整个大气层下部并与大气混合。这种含有CF Cs的大气从底部向上升腾，一直到达赤道附近的平流层。然后分别流向两极，这样经过整个平流层的空气几乎都含有相同浓度的CFCs，然而由于地球表面的巨大差异，两极地区的气象状况是完全不同的。南极是一个非常广阔的陆地板块(南极洲)，周围又完全被海洋所包围，这种自然条件下产生了非常低的平流层温度。在南极黑暗酷冷的冬季（6～9月），下沉的空气在南极洲的山地受阻，停止环流而就地旋转，吸入周围的冷空气，形成“极地风暴旋涡”。 这股“旋涡”上升到20km高空的臭氧层，由于这里温度非常低，形成了滞留的“冰云”。“ 冰云”中的冰晶微粒把空气中带来的CFCs和哈龙吸收在其表面，并不断积聚其中。当南极的春季来临（9月下旬），阳光照向“冰云”时，冰晶溶化，释放出吸附的CFCs和哈龙。它们受到紫外线UV-C照射，分解出Cl和Br，并与臭氧反应生成ClO和BrO消耗臭氧。由于冰晶的吸附作用，积累的CFCs和哈龙在一段时间内集中分解出Cl和Br，再加上形成冰晶会发生各种各样的化学变化，促成了每年9～11月臭氧快速耗减，在特定高度臭氧几乎完全消失，导致臭氧空洞形成。 随着夏季的到来，南极臭氧层得到逐渐恢复，然而臭氧减少的空气可以传输到南半球的中纬度，造成全球规模的臭氧减少。

二、北极地区臭氧层破坏的原理 南极能够形成臭氧空洞，人们自然会联想到北极也可能发生臭氧空洞。根据这一推断，1989 年初，来自几个国家的200个科学家又聚集到北极进行考察探测。他们发现北极的春天，臭氧层中的ClO浓度升高和臭氧浓度降低，两者之间有着显著的对应关系（见下图）。只是北极没有极地大陆和高山，仅有一片海洋冰帽，形不成大范围强烈的“极地风暴”，所以不易生成像南极一样大的“臭氧空洞”。但是由于北极也有通过非均相反应破坏臭氧层的典型物质，因此在“极地风暴”可以生成的年份里，北极也可能发生大规模的臭氧层破坏，近几年北极出现的“臭氧空洞”便足以说明问题。对于北极臭氧层耗减的日益严重，已经变得十分引人注目。